污水处理技术：第4章 污水的活性污泥法处理

1、第四章 活性污泥法 第一节 基本原理 第二节 评价指标 第三节 曝气池类型 第四节 曝气方法与原理目 录第五节 活性污泥法处理工艺第六节 脱氮除磷第七节 运行管理 生物处理法好氧生物法厌氧生物法自然条件下人工条件下自然条件下人工条件下水体自净天然水体和氧化塘土壤净化污水灌溉悬浮生物法活性污泥法及其变种、氧化塘、氧化沟固着生物法生物滤池、生物转盘、接触氧化、好氧生物流化床高温堆肥厌氧塘悬浮生物法厌氧消化、上流式厌氧污泥床、高温堆肥、化粪池固着生物法厌氧滤池、厌氧流化床4.1 活性污泥法的基本原理4.1.1 活性污泥法基本概念与流程 思考：浓缩污泥为什么回流？为什么定期排走剩余污泥？活性污泥的形态

2、4.1.2 活性污泥外观形态：黄褐色颗粒大小：=0.020.2 mm 表面积：20100 cm2/mL 相对密度：1.0021.006含水率：99%以上在活性污泥上栖息着具有强大生命力的微生物群体。这些微生物群体主要由细菌和原生动物组成，也有真菌和以轮虫为主的后生动物。 活性污泥 M = Ma + Me + Mi + Mii Ma具有代谢功能的活性微生物群体 好氧细菌（异养型原核细菌） 真菌、放线菌、酵母菌 原生动物 后生动物 Me微生物自身氧化的残留物 Mi原污水挟入的不能为微生物降解的惰性有机物质 Mii原污水挟入并附着在活性污泥上的无机物质活性污泥组成废水生物处理中的重要微生物特点：个体

3、微小种类繁多分布广繁殖快容易发生变异营养物质：水碳源氮源无机盐类自养菌异养菌细菌的繁殖：停滞期对数增长期稳定期內源呼吸期（衰老期）活性污泥微生物的组成细菌类 真菌类 原生动物 后生动物 废水生物处理中的重要微生物异养型的原核细菌为主丝状菌的异常大量增殖是活性污泥膨胀的主要诱因之一。活性污泥系统中的指示性微生物仅在处理水质优异的完全氧化型的活性污泥系统 出现4.1.3 净化过程与机理 （1）初期去除与吸附作用初期高速去除现象:污泥表面积很大(可达2000-10000m2/m3混合液)，且表面具有多糖类粘质层，当污水与活性污泥接触后很短的时间（10-45 min)内就出现了很高的有机物(BOD)去

4、除率。（2）微生物的代谢作用活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质(原生质)，对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成CO2和H2O等稳定物质。（3）絮凝体的形成与凝聚沉降（i）使菌体凝聚成为易于沉降的絮凝体。将菌体从水中分离出来，采用重力沉降法。（ii）絮凝体的形成是通过丝状细菌来实现的。4.1.4 活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长 在活性污泥微生物的代谢作用下，污水中的有机物得到降解、去除，与此同步产生的则是活性污泥微生物本身的增殖和随之而来的活性污泥的增长。控制污泥增长的至关重要的因素

5、是有机底物量（F）与微生物量（M）的比值F/M，也即活性污泥的有机负荷。同时受有机底物降解速率、氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能等因素影响。 适应期 对数增殖期 减速增殖期 内源呼吸期活性污泥增长曲线4.2 活性污泥的评价指标及活性污泥法影响因素混合液悬浮固体浓度MLSS(混合液污泥浓度):在曝气池单位容积混合液内所含的活性污泥固体物的总质量（mg/L）。MLSS = Ma + Me + Mi + Mii混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS:混合液活性污泥中有机固体物质的浓度a) 表示及控制混合液中活性污泥微生物量的指标4.2.1 活性污泥的评价指标MLVSS = Ma + Me + MiM

6、LVSS能够较准确地表示微生物数量，但其中仍包括Me及Mi等惰性有机物质。因此，也不能精确地表示活性污泥微生物量，它表示的仍然是活性污泥量的相对值。 MLSS和MLVSS都是表示活性污泥中微生物量的相对指标，MLSS/MLVSS在一定条件下较为固定，对于城市污水，该值在0.75左右 b）活性污泥沉降性能的评价指标 1）污泥沉降比SV(30min沉淀率)：污泥沉降比SV能够反映正常运行曝气池的活性污泥量，可用以控制、调节剩余污泥的排放量，还能通过它及时地发现污泥膨胀等异常现象。2）污泥溶解指数SVI（污泥指数）：指曝气池出口混合液经30min静沉后，1g干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积，以mL

7、计。SVI=混合液（1L）30min静沉形成的活性污泥容积（ml）/混合液(1L)中悬浮固体干重(g)=SV*10(mL/L)/MLSS(g/L)SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度（活性）和凝聚、沉淀性能。SVI值过低，说明泥粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附能力。SVI值过高，说明污泥难以沉淀分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现污泥膨胀，导致污泥流失等后果。生活污水：SVI100，沉淀性能好；SVI=100-200，沉淀性能一般；SVI200，沉淀性能不好3）污泥龄（ts）污泥龄是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比值，单位是日。在运行稳定时，剩余污泥量也就是新增

8、长的污泥量，因此污泥龄也就是新增长的污泥在曝气池中平均停留时间，或污泥增长一倍平均所需要的时间。 4.2.2 环境因素的影响 溶解氧 :溶解氧浓度以2mg/L左右为宜 营养物质平衡: 碳源、氮源、无机盐类及某些生长素等。BOD:N:P=100:5:1 pH值 ：对于好氧生物处理，pH值一般以6.5-9.0为宜 水温 ：对于生化过程，一般认为水温在20-30oC时效果最好，35oC以上和10oC以下净化效果即行降低。 有毒物质 ：毒物大致可分为重金属、硫化氢等无机物质和氰、酚等有机物质。这些物质对细菌的毒害作用，或是破坏细菌细胞某些必要的生理结果，或是抑制细菌的代谢进程。 4.3 曝气池的类型与

9、构造 混合液的流动形态：推流式、完全混合式和循环混合式。平面形状：长方廊道形、圆形或方形、环形跑道形。曝气方法：鼓风曝气式、机械曝气式以及两者联合使用的联合式。从曝气池与二沉池的关系：分建式和合建式。 4.3.1 曝气池分类曝气池活性污泥好氧微生物0.1mm钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫活性污泥中的后生动物轮虫线虫4.3.2 推流式曝气池长方廊道形鼓风曝气池多用于大中型污水处理厂 每个池子常由一至四个折流的廊道组成。池长可达100m，池深3-5m，长宽比大于5，宽深比1.5-2。特点：对入流水质水量的适应能力强，但受曝气系统混合能力的限制，池形和池容都需符合规定，当搅拌混合效果不佳时易发

10、生短流。 4.3.3 完全混合式曝气池混合液在池内充分混合循环流动，因而污水与回流污泥进入曝气池立即与池中所有混合液混合，使有机物浓度因稀释而迅速降至最低值。4.3.4 循环混合式曝气池 氧化沟是一种介于推流式和完全混合式之间的曝气池形式，综合了推流式与完全混合式的优点。 4.4 曝气方法 4.4.1常用的曝气方法有鼓风曝气、机械曝气和两者联合使用的鼓风机械曝气。 充氧 搅拌混合曝气器的作用4.4.2 曝气原理 氧转移原理 氧转移的影响因素 1）污水水质 污水中含有各种杂质，它们对氧的转移产生一定的影响。如一些两亲分子聚集在气液界面上，形成一层分子膜，阻碍氧分子的扩散转移，使氧的转移系数下降。

11、污水盐类的存在，使氧在水中的饱和度降低，进而阻碍氧分子的扩散转移。2）水温 水温上升，水的粘滞性降低，氧的转移系数增高，有利于氧的转移，但水温上升，氧在水中的饱和度降低，又不利于氧的转移。水温降低有利于氧的转移。3）氧分压 氧在水中的饱和度受氧分压或气压的影响。气压降低，氧在水中的饱和度也随之下降，不利于氧的转移。4.5 活性污泥法处理工艺 传统活性污泥法阶段曝气活性污泥法 吸附-再生活性污泥法完全混合活性污泥法 延时曝气活性污泥法 纯氧曝气活性污泥法深水曝气活性污泥法 深井曝气活性污泥法 浅层曝气活性污泥法 AB两段活性污泥法 间歇式活性污泥法(SBR法) 氧化沟 Linpor 工艺 4.5

12、.1 传统活性污泥法（推流式活性污泥法） 特征：曝气池前段液流和后段液流不发生混合，污水浓度自池首至池尾呈逐渐下降的趋势，需氧率沿池长逐渐降低。 处理效果好，BOD去除率可达90%以上。适用于处理净化程度和稳定程度较高的污水。根据具体情况，可以灵活调整污水处理程度的高低。进水负荷升高时，可通过提高污泥回流比的方法予以解决。优点曝气池首端有机污染物负荷高，耗氧速度也高，为了避免由于缺氧形成厌氧状态，进水有机物负荷不宜过高，因此，曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高。为避免曝气池首端混合液处于缺氧或厌氧状态，进水有机负荷不能过高，因此曝气池容积负荷一般较低。曝气池末端有可能出现供氧速率大于需氧

13、速率的现象，动力消耗较大。对进水水质、水量变化的适应性较低，运行效果易受水质、水量变化的影响。 缺点4.5.2 阶段曝气活性污泥法（多段进水活性污泥法 ） 与传统活性污泥法主要不同点：污水沿池长分段注入，使有机负荷在池内分布比较均衡，缓解了传统活性污泥法曝气池内供氧速率与需氧速率存在的矛盾。曝气池内有机污染物负荷及需氧率得到均衡，一定程度地缩小了耗氧速度与充氧速度之间的差距，有助于能耗的降低。活性污泥微生物的降解功能也得以正常发挥。污水分散均衡注入，提高了曝气池对水质、水量冲击负荷的适应能力。混合液中的活性污泥浓度沿池长逐步降低，出流混合液的污泥较低，减轻二次沉淀池的负荷，有利于提高二次沉淀池

14、固液分离效果。 阶段曝气活性污泥法分段注入曝气池的污水，不能与原混合液立即混合均匀，会影响处理效果。 特点 4.5.3 吸附-再生活性污泥法(生物吸附法或接触稳定法 )吸附-再生活性污泥法主要是利用微生物的初期吸附作用去除有机污染物，其主要特点是将活性污泥对有机污染物降解的两个过程-吸附和代谢稳定，分别在各自反应器内进行。吸附池的作用是吸附污水中的有机物，使污水得到净化。再生池的作用是对污泥进行再生，使其恢复活性。 污水和经过充分再生、具有很高活性的活性污泥一起进入吸附池，两者充分混合接触15-60min后，使部分呈悬浮、胶体和溶解性状态的有机污染物被活性污泥吸附，污水得到净化。从吸附池流出的

15、混合液直接进入二次池，经过一定时间的沉淀后，澄清水排放，污泥则进入再生池进行生物代谢活动，使有机物降解，微生物进人内源代谢期，污泥的活性、吸附功能得到充分恢复后，再与污水一起进入吸附池。 吸附-再生活性污泥法回流污泥量大，且大量污泥集中在再生池，当吸附池内活性污泥受到破坏后，可迅速引入再生池污泥予以补救，因此具有一定冲击负荷适应能力。由于该方法只要依靠微生物的吸附去除污水中有机污染物，因此，去除率低于传统活性污泥法，而且不易用于处理溶解性有机污染物含量较多的污水。4.5.4 完全混合活性污泥法 特征：污水进入曝气池后，立即与回流污泥及池内原有混合液充分混合，池内混合液的组成，包括活性污泥数量及

16、有机污染物的含量等均匀一致，而且池内各个部位都是相同的。曝气方式多采用机械曝气， 进水在水质、水量方面的变化对活性污泥产生的影响较小，也就是这种方法对冲击负荷适应能力较强。有可能通过对污泥负荷值的调整，将整个曝气池的工况控制在最佳条件，使活性污泥的净化功能得以良好发挥。在处理效果相同的条件下，其负荷率高于推流式曝气池。曝气池内各个部位的需氧量相同，能最大限度地节约动力消耗。完全混合活性污泥法容易产生污泥膨胀现象，处理水质在一般情况下低于传统的活性污泥法。这种方法多用于工业废水的处理，特别是浓度较高的工业废水。特点 4.5.5 延时曝气活性污泥法(完全氧化活性污泥法) 特点：有机负荷率较低，活性

17、污泥持续处于内源呼吸阶段，不但去除了水中的有机物，而且氧化部分微生物的细胞物质，因此剩余污泥量极少，毋须再进行硝化处理。延时曝气活性污泥法实际上是污水好氧处理与污泥好氧处理的综合构筑物。延时曝气活性污泥法处理出水水质好，稳定性高，对冲击负荷有较强的适应能力。另外，这种方法的停留时间（20-30d）较长，可以实现氨氮的硝化过程，即达到去除氨氮的目的。缺点：曝气时间长，占地面积大，基建费用都较高。另外，进人二沉池的混合液因处于过氧化状态，出水中会含有不易沉降的活性污泥碎片。只适用于对处理水质要求较高、不宜建设污泥处理设施的小型生活污水或工业废水，处理水量不宜超过1000m3/d。延时曝气活性污泥法

18、一般都采用完全混合式曝气池。4.5.6 纯氧曝气活性污泥法(富氧曝气活性污泥法) 利用纯度在90%以上的氧气代替空气进行曝气，以提高曝气池内的生化反应速度。 优点：氧利用率可达80%-90%，而鼓风曝气系统仅为10%左右；曝气池内混合液的MLSS值可达4000-7000mg/L，能够提高曝气池的容积负荷；曝气池混合液的SVI值较低，一般都低于100，污泥膨胀现象发生得较少；产生的剩余污泥量少。但纯氧曝气池一般需要封闭，结构较复杂，并有产生爆炸的可能。另外，封闭的纯氧曝气池内热量不易损失，而且没有有效散热的手段，因此夏季进水稳定较高时，一旦混合液的温度升高，无法采取有效手段进行控制。 4.5.7

19、 深水曝气活性污泥法 主要特征：采用深度在7米以上的深水曝气池。水深的增加使水压增大，因而加快了氧的传递速率，提高了混合液的饱和溶解氧浓度，有利于活性污泥微生物的增殖和对有机物的降解。同时降低了占用的土地面积。 4.5.8 深井曝气活性污泥法（超水深曝气活性污泥法） 效益显著，如充氧能力强，可达常规法的10倍，动力效率高，占地少，处理功能不受气候条件影响，适用于各种气候条件，可考虑不设初次沉淀池等。本工艺适用于处理高浓度有机废水。 深井曝气池直径介于1-6米，深度可达50-100米4.5.9 浅层曝气活性污泥法 浅层曝气活性污泥法是以下列论点作为基础的，即：气泡只有在其形成与破碎的一瞬间，有着

20、最高的氧转移率，而与其在液体中的移动高度无关。浅层曝气曝气池的空气扩散装置多为由穿孔管制成的曝气栅。空气扩散装置多设置在曝气池的一侧，距水面约0.6-0.8米的深度。4.5.10 AB两段活性污泥法 AB工艺由预处理段和以吸附作用为主的A段、以生物降解作用为主的B段组成。 AB法是吸附-生物降解工艺的简称 A、B两段虽然都是生物处理单元，但两段完全分开，各自拥有独立的污泥回流系统和各自独特的微生物种群。污水先进入高负荷的A段，再进入低负荷的B段。 A段可以根据原水水质等情况的变化采用好氧或缺氧运行方式；B段除了可以采用普通活性污泥法外，还可以生物膜法、氧化沟法、SBR法、A/O法或A2/O法等

21、多种处理工艺。 A段的效应与作用 1）由于本工艺不设初沉池，使A段能够充分利用经排水系统优选的微生物种群，培育、驯化、诱导出与原污水适应的微生物种群。2）A段负荷高，为增殖速度快的微生种群提供了良好的环境条件。在A段能够成活的微生物种群，只能是抗冲击负荷能力强的原核细菌，而原生动物和后生动物则不能存活。3）A段污泥产率高，并有一定的吸附能力，A段对污染物的去除，主要依靠生物污泥的吸附作用。这样，某些重金属和难降解有机物以及氮、磷等植物性营养物质，都能够通过A段而得到一定的去除，对此，大大地减轻了B段的负荷。4）由于A段对污染物质的去除，主要是以物理化学作用为主导的吸附功能，因此，其对负荷、温度

22、、pH值以及毒性等作用具有一定的适应能力。B段的效应与作用 1）B段接受A段的处理水，水质、水量比较稳定，冲击负荷已不再影响B段，B段的净化功能得以充分发挥。2）去除有机污染物是B段的主要净化功能。3）B段的污泥龄较长，氮在A段也得到了部分的去除，BOD:N比值有所降低，因此，B段具有产生硝化反应的条件。4）B段承受的负荷为总负荷的30%-60%，较传统活性污泥处理系统，曝气池的容积可减少40%左右。4.5.11 间歇式活性污泥法(SBR法) SBR工艺的核心构筑物是集有机污染物降解与混合液沉淀于一体的反应器-间歇曝气池。 SBR法主要特征是反应池一批一批地处理污水，采用间歇式运行的方式，每一

23、个反应池都兼有曝气池和二沉池作用，因此不再设置二沉池和污泥回流设备，而且一般也可以不建水质或水量调节池 1）对水质水量变化的适应性强，运行稳定，适于水质水量变化较大的中小城镇污水处理，也适应高浓度污水处理。2）为非稳态反应，反应时间短，静沉时间也短，可不设初沉池和二沉池；体积小，基建费比常规活性污泥法节省22%，占地少38%左右。3）处理效果好，BOD5去除率达95%，且产泥量少。4）好氧、缺氧、厌氧交替出现，能同时具有脱氮（80%-90%）和除磷（80%）的功能。5）反应池中溶解氧浓度0-2mg/L之间变化，可减少能耗，在同时完成脱氮除磷的情况下，其能耗仅相当传统活性污泥法 特点SBR法工作

24、原理与运行操作 4.5.12 氧化沟（循环曝气池） 氧化沟是一种介于推流式和完全混合式之间的曝气池形式，综合了推流式与完全混合式的优点。 卡鲁斯氧化沟 奥贝尔氧化沟 高脱氮合建式奥鲍尔氧化沟 高脱氮合建式奥鲍尔氧化沟工艺流程 交替工作型氧化沟 D型氧化沟 T型氧化沟 DE型氧化沟 4.5.13 Linpor 工艺 4.6 活性污泥法脱氮除磷基本原理与主要工艺 4.6.1 生物脱氮原理 生物脱氮包括硝化和反硝化两个反应过程。硝化是废水中的氨氮在好氧条件下，通过好氧细菌（亚硝酸菌和硝酸菌）的作用，被氧化成亚硝酸盐（NO2-）和硝酸盐（NO3-）的反应过程。 反硝化即脱氮，是在缺氧条件下，通过脱氮菌

25、的作用，将亚硝酸盐和硝酸盐还原成氮气的反应过程 NH4+ + 3/2O2 NO2- + 2H+ + H2ONO2- + 1/2O2NO3-NO3- N2试验表明：对废水首先通过5-6小时的强烈曝气，可以完成硝化阶段；然后再使废水处于4-5小时无氧状态，脱氮率可达80%以上。4.6.2 活性污泥法脱氮主要工艺 a) 活性污泥法脱氮传统工艺 优点：有机物降解菌、硝化菌、反硝化菌，分别在各自反应器内生长增殖，环境条件适宜，而且各自回流在沉淀池分离的污泥，反应速度快而且比较彻底。但处理设备多造价高，管理不够方便。 二级活性污泥生物脱氮工艺 b) 缺氧-好氧活性污泥法脱氮系统（A/O法脱氮工艺） 分建式

26、缺氧好氧活性污泥脱氮系统 硝化液一部分回流至反硝化池，池内的反硝化脱氮菌以原污水中的有机物作碳源，以硝化液中NOX-中的氧作为电子受体，将NOX-N还原成N2，不需外加碳源。 合建式A/O工艺 A/O工艺是生物脱氨工艺中流程比较简单的一种工艺，而且装置少，不必外加碳源，基建费用和运行费用都比较低。但本工艺的出水来自硝化曝气池，因此，出水中含有一定浓度的硝酸盐，如果沉淀池运行不当，在沉淀池内也会发生反硝化反应，使污泥上浮，使出水水质恶化。 4.6.3 生物除磷原理 利用聚磷菌一类的微生物，能够过量地、在数量上超过其生理需要地从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从